FPGAやSoC設計を容易にするパワーIC

産業用電子機器は、より小型の基板、より洗練された形、さらに低コスト化へと向かっています。このようなトレンドがあるがゆえに、電子機器設計者はPCB（プリント回路基板）の小型化と低コスト化を進めなければなりません。FPGA（Field Programmable Gate Array）やSoC (System on Chip)を使う産業用システムでは、小型・低コストに挑戦しながら、多数の電源ラインを必要とします。柔軟なパワーICは、そのようなアプリケーションでかなりのコスト節約と小型化を実現します。

柔軟なパワーICは、同じパッケージ内に多数のDC-DCコンバータを集積しています。DC-DCコンバータではバック・コンバータや昇圧コンバータ、LDO（Low Dropout）などを組み合わせて、一つのパッケージ内に実装することができます。図1は『LM26480』がデュアル2MHz高効率1.5Aバック・コンバータとデュアルの300mAのLDOを集積した機能ブロック図の例です。

柔軟なパワーICを使うメリットを示す例を見てみましょう。1つのSoCやFPGAで制御されたドローン用のパワー・マネジメント・システムを設計することを想定してみてください。図2は、パワー・マネージメントICに最適なシステムの中に4つの部品を示しています。

ここに示された2つのパワー・ソリューションは共に、GPS（Global Positioning System）と入出力、コア電圧、システムのDDR3（Double Data Rate type3）に電源を供給する4本の独立した電源レールを必要とします。両方の選択肢とも、フロントエンドのスイッチング電源が、ドローンのバッテリ電圧を5V電源に効率良く落としており、それを入力としています(図2)。ディスクリート部品は選択肢1、またパワーICは選択肢2のように、それぞれこの5V電源電圧をさらに下げます。

2つの『 LP3982』300mAシングル・チャンネルLDOと2つの『TLV62084』 2Aバック・コンバータを使って、このシステムに電源を入れることを想定してください。これらのディスクリートDC-DCコンバータを使って、システムに電源を送ることができます。それでも4つの能動部品が別に必要となります。能動部品に深刻な信頼性問題があることを考えると、これは最適なソリューションとは言えません。

代わって、システムに所定の電圧と電流を1チップのみで供給できる柔軟なパワーICを使うことができます。図2に示した通りに、このソリューションには多くのメリットがあります。

まず、ディスクリート・ソリューションと比べ、パワーICソリューションは、20%以上コスト効率が高いです。次に、4つのディスクリート部品が占める基板スペースに比べると、基板スペースを10%節約できます。三つ目として、パワーICはディスクリート・ソリューションよりも外付け部品が少なくて済みますので、全体のサイズとコストはさらに下がります。そして、このBOM（Bill of Material）点数が減るので信頼性の向上につながります。

たくさんの電源が必要なシステム、特にFPGAやSoCの電源レールが必要なアプリケーションを設計する際に、パワーICの利用を検討してみてください。

・参考情報
－TIの複合電源 (PMIC)概要 ：FPGAとSoCの電源供給方法
－ソリューション・ガイド：TIの複合電源 概要（英語） ※PDF

・お問い合わせ先
日本テキサス・インスツルメンツ株式会社
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